清河縣全境處於新華夏第二沉降帶的河北平原沉降帶的東南部、臨清凹陷區的北部，屬整個華北凹陷區的次級構造單元，位於邢衡隆起帶和臨清凹陷區的交界處。地下斷裂帶主要有西南、東北走向的兩條規模大的斷裂帶和兩條小的斷裂帶，兩條大的斷裂帶分別在縣境東西兩側，稱為滄東斷裂和明化鎮斷裂，兩條小的斷裂帶均勻分佈其間。自下而上地殼分太古界、古生界、中生界、新生界四個地層。
太古界由角閃片岩、片麻岩、石英岩、磁鐵石英岩、火山岩和少量大理石組成，厚約6千米，年齡約20億～24億年。
古生界為厚約1千米的碳酸鹽海相沉積，頂板埋深在3千米左右。其中下古生界為寒武系或中、下奧系灰巖，系淺海相碳酸岩類沉積：上古生界為石裝系、二疊系交替出現，系海陸交互相或內陸盆地堆積的含煤沉積。
中生界最下為三疊系陸相紅色沙質沉積，中間為厚240米以上的由礫岩和夾泥岩構成的依羅系地層，上為厚100米左右的含大量火山岩和雜色巖的白堊系地層。
新生界下部為第三系地層，頂板埋深600米左右。主要由河湖相巖、泥岩組成。
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